专利名称：旋涡流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋涡流量计，在化学工厂、半导体制造领域、食品领域、生物领域等各种产业的流体输送中，在流路中设置旋涡产生体，检测在旋涡产生体的下游产生的卡 门旋涡(Karman vortex)而测定流量。
背景技术：
如图8所示，以往的旋涡流量计为，具有柱状的旋涡产生体103，横切形成在主体 壳101中的管流路102而延伸；和旋涡检测器104，在于管流路102中流动的流体的流动方 向上，配置在旋涡产生体103的下游侧；通过在管流路102中产生的卡门旋涡，来测定在管 流路102中流动的流体的流量；管流路102中、配置旋涡产生体103以及旋涡检测器104的 测定流路部105的流路截面形状为，在与旋涡产生体103的长度方向相同的方向上具有短 轴、在与旋涡产生体103的长度方向正交的方向上具有长轴的椭圆形状。该旋涡流量计能 够降低压力损失，使测定流路部105的卡门旋涡的产生稳定，且再现性良好地进行低流量 测定。专利文献1 日本特开平6-34405号公报然而，根据图9，上述以往的旋涡流量计为，旋涡产生体103的测定流路部105内周 面附近存在台阶部分，并且在主体壳101与旋涡产生体103之间的连接部分上容易产生微 小的偏差或凹凸，在流体流动时由于这些的台阶或凹凸而在流路内会产生干扰流量测定的 流体的紊流，因此成为产生噪音或压力损失的原因，存在妨碍精度良好的流量测定的问题。 并且，旋涡产生体103与主体壳101以分体形成，并构成为以横切在主体壳101中形成的管 流路102的方式配置柱状的旋涡产生体103，因此当管流路102与旋涡产生体103之间的密 封没有充分地进行或发生错位时，流体漏泄到旋涡流量计内部，有可能因为流体而造成装 置的破损。并且，在将旋涡产生体103组装到主体壳101中时，以旋涡产生体103相对于流 体的流动方向没有角度偏差的方式调整设置位置等的组装很麻烦，存在组装工序较多、花 费时间的问题。在形成更小型的流量计的情况下，还存在旋涡产生体103的机械强度不足 的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋涡流量计，解决上述现有技术中存在的问题，抑制 流量测定时的噪音和压力损失，防止产生流体从管路漏泄，成形或加工容易、且组装容易。本发明鉴于上述目的，其第1特征在于，具备管路；旋涡产生体，与该管路正交地 设置；以及测定单元，测定由该旋涡产生体产生的卡门旋涡的产生周期，根据由该测定单元 测定的卡门旋涡的产生周期来计算在该管路内流动的流体的流量，在该旋涡流量计中，该 旋涡产生体的与流体的流动正对的面的轮廓为鼓状。其第2特征在于，上述旋涡产生体的与流体的流动正对的面的两缘部具有圆弧 状、并对称地形成。
其第3特征在于，上述管路内的配置上述旋涡产生体的流路的截面具有圆形状、 并对称地设置。其第4特征在于，上述旋涡产生体通过切削加工或者注射成形而与上述管路一体 地成形。其第5特征在于，上述测定单元为，在上述旋涡产生体下游侧的上述管路的管壁 上相对地配置超声波发送器，根据规定周期的发送信号来发送超声波；和超声波接收器， 接收从该超声波发送器发送、且由在上述管路内产生的卡门旋涡进行调制的超声波。其第6特征在于，上述旋涡产生体的与流体的流动正对的面的最小宽度W，是该正 对的面的两缘部的圆弧的半径R的0. 8 1. 3倍，且该旋涡产生体的流体的流动方向的厚 度T是该半径R的1.2 1.5倍。
在本发明中，所谓鼓(OdA)状是指，旋涡产生体12的与流体的流动正对的面 的轮廓为，其两缘部22、23的中央变细的形状。这时，旋涡产生体12的两缘部22、23分别以 没有台阶的直线或曲线来形成，但为了顺畅的流体的流动，优选具有圆弧状且对称地形成。 并且，配置旋涡产生体12的测定部流路15的流路截面、即夹着旋涡产生体12的2个流路 16、17的截面形状，优选为圆形状并对称地设置(参照图2、图4)。通过使旋涡产生体12 的两缘部22、23成为圆弧状，由此配置旋涡产生体12的测定部流路15的流路截面成为圆 形状或大致椭圆形状。其原因为，通过使旋涡产生体12的与流体的流动正对的面的轮廓为 鼓状，由此使在旋涡产生体12两侧的流路16、17中流动的流体稳定，而产生良好的卡门旋 涡K。当旋涡产生体12的缘部22、23具有圆弧状并对称地形成时，流路16、17的流路截面 成为圆形状、长圆形状或椭圆形状，成为流体的紊流的原因的台阶或凹凸消失，因此降低噪 音和压力损失。特别是，当流路16、17的截面形状为圆形状并对称地设置时，流体顺畅地流 动，因此能够抑制卡门旋涡K的产生以外的流体的紊流，进行更稳定的卡门旋涡K的产生， 并进行精度更好的流量测定，因此是优选的。另外，主体1、振动器固定件4、5、弹簧固定件8、9的材质，优选使用聚四氟乙烯 (以下称作PTFE)、聚偏二氯乙烯(PVDF)、四氟乙烯与全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚 三氟氯乙烯(PCTFE)等氟化乙烯树脂，但也可以使用聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂 等其它的塑料或者金属，不特别限定。本发明如以上那样构成，通过使用该构成能够得到以下的优良效果。(1)将旋涡产生体两侧的流路形成为圆形状、长圆形状或椭圆形状，能够消除成为 流体紊流的原因的台阶或凹凸，而降低噪音和压力损失。(2)在旋涡产生体两侧的流路中流体顺畅地流动，因此能够抑制卡门旋涡的产生 以外的流体的紊流，进行稳定的卡门旋涡的产生，并进行精度更良好的流量测定。(3)旋涡产生体与主体由一个部件来形成，因此组装工序简化，能够缩短组装时 间。(4)旋涡产生体与主体由一个部件来形成，因此旋涡产生体的机械强度高，能够制 作更小型的流量计。(5)是容易通过切削加工或注射成形进行成形的形状，能够大幅度地缩短加工工 序和加工时间地进行制造。(6)是容易通过切削加工或注射成形进行成形的形状，能够与流量调节阀等一体化，而成为紧凑的流量控制装置。
图1是从入口流路侧观察时的本发明的旋涡流量计的概略平面图。图2是图1的A-A的纵剖面图。图3是图2的B-B的纵剖面图。图4是表示旋涡产生体的形状的放大立体图。图5是表示主体的第1加工途中的纵剖面图。图6是表示主体的第2加工途中的纵剖面图。图7是表示主体的加工后的纵剖面图。图8是表示现有的旋涡流量计的局部剖面图。图9是表示现有的旋涡流量计的主要部分放大图。符号的说明1、主体2、超声波振动器3、超声波振动器4、振动器固定件5、振动器固定件6、弹簧7、弹簧8、弹簧固定件9、弹簧固定件10、导线11、导线12、旋涡产生体13、入 口流路14、出 口流路15、测定部流路16、流路17、流路18、缩径部19、扩径部20、凹部21、凹部22、缘部23、缘部
24、壁
具体实施例方式以下，参照附图所示的实施例说明本发明的实施方式，但本发明当然不限定于本 实施例。以下，对本发明的旋涡流量计的实施方式进行说明。主体1为PTFE制，形成有在两侧面分别开口 了的流路截面为圆形状的入口流路13 和出口流路14。在主体1中央部设置有与入口流路13和出口流路14分别连通、流路截面 为大致长圆形状的测定部流路15，并设置有使从入口流路13到测定部流路15顺畅地连通 的锥状的缩径部18和使从测定部流路15向出口流路14顺畅地连通的锥状的扩径部19。 在测定部流路15的上游侧配置有与流体的流动正对的面的轮廓为鼓状的旋涡产生体12。
旋涡产生体12的与流动正对的面的两缘部22、23具有圆弧状并对称地形成，通过 测定部流路15的内壁和旋涡产生体12的两侧面，流路截面成为圆形状的流路16、17分别 对称地形成。在主体1的中央部上面设置有圆筒形状的凹部20，在凹部20的上部形成有内螺纹 部。并且，在主体1的中央部下面设置有圆筒形状的凹部21，在凹部21的下部形成有内螺 纹部。凹部20、21的中心轴被设置为位于与测定部流路15的轴线方向正交的同一轴线上， 且设置为在旋涡产生体12的下游侧、凹部20、21的底面夹着测定部流路15而相对，并相对 于测定部流路15内面成为等距离。在凹部20、21的底面上，经由声耦合剂(音響接合剖) (未图示)紧密接触地配置有超声波振动器2、3。两个超声波振动器2、3为，分别依次通过 振动器固定件4、5、弹簧6、7支撑背面，弹簧6、7由螺合固定在主体1的凹部20、21的内螺 纹部的弹簧固定件8、9保持，由此通过弹簧6、7的弹力并经由振动器固定件4、5，超声波振 动器2、3被固定为向各个凹部20、21的底面施力的状态。超声波振动器2经由导线10与控制电路(未图示)内的发送电路(未图示)连 接，而成为超声波发送器。超声波振动器3经由导线11与控制电路(未图示)内的接收电 路(未图示)连接，而成为超声波接收器。下面，对本发明第一实施方式的旋涡流量计的动作进行说明。在图2中，从入口流路13流入的流体通过缩径部18流动到测定部流路15。然后， 流体在通过旋涡产生体12时，与旋涡产生体12的与流体的流动正对的面相碰。这时，在旋 涡产生体12的下游侧产生被称作卡门旋涡的旋涡。从旋涡产生体12的两缘部22、23交替 地产生涡流方向不同的卡门旋涡K，但其产生周期依存于流体的流速，成为与流体的流速成 正比的周期。根据卡门旋涡K的涡流方向的不同，超声波在通过卡门旋涡K时被向前进方 向加速或者减速。因此，由作为超声波接收器的超声波振动器3接收的超声波，根据卡门旋涡 K来调制频率(周期)。通过测定该进行调制的频率，能够得知流体的流速，并且能够根据流速 来计算流体的流量。之后，产生了卡门旋涡K的流体通过扩径部19而从出口流路14流出。在本实施方式中，从与发送电路连接的作为超声波发送器的超声波振动器2振荡 的超声波，从主体1的凹部20的底面向测定部流路15的内壁传播，在传播到在测定部流路 15内流动的流体中之后，从测定部流路15的相反侧的内壁向凹部21的底面传播，到达与凹 部21的底面紧密接触的作为超声波接收器的超声波振动器3而被接收。这时，如果在超声 波传播的流体中产生了卡门旋涡K，则由超声波振动器3接收的超声波被调制地测定，并通 过控制电路(未图示)计算卡门旋涡K的产生周期。在控制电路(未图示)中设置有计算部(未图示)，该计算部根据卡门旋涡K的产生周期(频率)来求出在测定部流路15中流动的流体的流速，并计算流体的流量；计算部 具有向超声波振动器2输出一定周期的驱动信号的发送电路、接收来自超声波振动器3的 检测信号的接收电路、对驱动信号与检测信号的相位进行比较的相位比较电路、以及对从 相位比较电路输出的卡门旋涡检测信号进行乘法而计算流量的流量计算电路。在流入本发明的旋涡流量计的流体通过旋涡产生体12时，在旋涡产生体12的下 游侧能够整齐地产生卡门旋涡K。并且，旋涡产生体12的与流体的流动方向正交的面的两 缘部22、23形成为圆弧状，旋涡产生体12两侧面的流路16、17的流路截面为圆形状，因此 在流路16、17内台阶或凹凸等使流体流动紊乱的主要原因消失，能够降低在测定部流路15 中流动时的压力损失、并且降低卡门旋涡K的产生以外的流体的紊流，能够控制流量测定 时的噪音的产生。根据这些情况，能够降低测定误差，而进行更准确的流量测定，特别能够 进行低流量测定时的精度良好的测定。并且，旋涡产生体12与主体1是由一个部件一体地形成的构成，超声波振动器2、3 从测定部流路15隔着管壁而配置在凹部底面上，因此不直接与流体接触、而流路内被一体 地形成，因此防止液体向主体1内部的漏泄。特别是流体为腐蚀性流体的情况下，能够防止 由于流体漏泄而侵入到主体1内部的腐蚀性流体使旋涡流量计破损这种二次受害。并且， 在主体1与旋涡产生体12由一个部件一体地形成的基础上，旋涡产生体12的根部成为厚 壁，因此能够获得旋涡产生体12的强度。并且，由于没有在组合分体的部件时在连接部分 形成的微小的偏差或凹凸，因此防止凹凸导致的噪音的产生或压力损失。
本发明的旋涡产生体12，为了在较大的流量范围内稳定地产生卡门旋涡K，优选 形成为，旋涡产生体12的与流体的流动正对的面的两缘部22、23成为锐角。并且，优选旋 涡产生体12的截面形状为下游侧缩小的梯形，也可以是三角形，四角形等。优选此时的缘 部22、23的角度为60度至90度、前端尖锐而边缘立起的状态。另外，也可以在旋涡产生体 12的下游侧的缘部设置曲面部或倒角部。此处，优选为，旋涡产生体12的变得最细的部分的最小宽度W、是旋涡产生体12的 与流体的流动正对的面的两缘部22、23的圆弧的半径R的0. 8 1. 3倍，旋涡产生体12的 流体的流动方向的厚度T是半径R的1. 2 1. 5倍。卡门旋涡K的产生周期与旋涡产生体 12的宽度和流速成正比，一般宽度越窄产生周期越缩短，并且即使增加流量产生周期也缩 短，但为了使用超声波接收发送器来精度良好地测定产生周期，优选产生周期为Ims以上， 而为了使产生周期为Ims以上优选旋涡产生体12的宽度W为0. 8R以上。并且，当宽度W变 大时，从旋涡产生体12的两缘部22、23产生的涡流彼此的互相作用变弱，稳定的卡门旋涡 K变得困难，因此为了产生稳定的卡门旋涡K，优选宽度W为1.3R以下。流动通过从旋涡产 生体12的上游侧的缘部22、23进行剥离而产生卡门旋涡K，当厚度T变小时，产生的卡门旋 涡K要立即绕到旋涡产生体12的后侧，因此流动紊乱，而难以维持稳定的涡流的产生，因此 为了维持稳定的涡流的产生，厚度T为1. 2R以上较好，并且当厚度T变大时，当下游侧的缘 部与产生的卡门旋涡干涉时，旋涡会消失，因此为了不引起卡门旋涡的干涉，厚度T为1. 5R 以下较好。并且，检测产生的卡门旋涡K的单元，只要是能够取得用于测定流体流量的参数 的单元，也可以使用压力元件等。特别是如本实施方式那样，如果使用超声波振动器2、3则 能够通过超声波的传播而测定流量，因此不在测定部流路15内设置测定端子即可，能够不使测定端子接触液体地测定流量，因此是优选的。如以上那样，能够测定卡门旋涡K的产生周期，并能够通过根据产生周期的计算来测定流体的流量。下面，根据图5 7对本发明实施方式的旋涡流量计的主体的基于切削加工的内 部流路的成形方法进行说明。在除流路以外都切削加工完成的主体1中，从主体1的一端面开始到主体1中央 部之前为止，形成成为入口流路13的有底孔。在入口流路13的有底孔的深处部，设置朝向 深处部逐渐缩径的锥形而形成缩径部18。接着，从主体1的另一端面开始到主体1中央部 之前为止，形成成为出口流路14的有底孔。在出口流路14的有底孔的深处部，设置朝向深 处部逐渐缩径的锥形而形成扩径部19 (图5的状态)。接着，保留之后成为旋涡产生体12的部分的壁24，在缩径部18和扩径部19的深 处部分别形成截面椭圆状的成为测定部流路15的有底孔(图6的状态)。这时，保留的成 为旋涡产生体12的壁24设置于，在测定部流路15的入口流路侧的位置上，位于比凹部20、 21底面的配置超声波振动器2、3的位置靠上游侧的位置。接着，沿着保留为椭圆状的壁24的长度方向的两侧面侧，分别设置形成为圆形状 的贯通孔。该贯通孔成为流路16、17，在流路16、17之间形成旋涡产生体12。成为流路16、 17的贯穿孔都形成为相同的形状。由此，旋涡产生体12的与流体的流动方向正对的面的 轮廓形成为鼓状，其两缘部22、23形成为圆弧状。在旋涡流量计中，旋涡产生体12的缘部 22,23成为尖锐的边缘立起的状态。根据该制造方法，缘部22、23能够容易、可靠地使尖锐 的边缘立起，因此使优选的。并且，根据必要也可以缩小旋涡产生体12的下游侧，而成为梯 形形状或三角形状，通过从出口流路14侧以形成逐渐缩径的锥形的方式进行切削，能够容 易地形成。另外，流路16、17也可以通过通常的钻孔加工来形成。通过以上的工序，通过切削加工能够容易地在短时间内制造本发明的旋涡流量计 的流路。通过该制造方法成形的主体1的流路与旋涡产生体12 —起以一个部件一体地形 成，因此能够不用担心漏水地进行使用，由于没有台阶或凹凸等，因此能够降低流体流动的 紊流，而能够进行稳定的卡门旋涡的产生。该基于切削加工的成形方法，能够将配置旋涡产 生体的流路部分较小地设置为能够对形成的惯穿孔进行切削的范围内，适于小口径的旋涡 流量计的制造。另外，在通过注射成形来形成主体1的情况下，管路内的配置旋涡产生体12 的流路部分能够由圆柱状的销来形成，模具制造变得容易。该基于注射成形的成形方法适 于口径比较大的旋涡流量计的制造。
权利要求
一种旋涡流量计，其特征在于，具备管路；旋涡产生体，与该管路正交地设置；以及测定单元，测定由该旋涡产生体产生的卡门旋涡的产生周期；根据由该测定单元测定的卡门旋涡的产生周期来计算在该管路内流动的流体的流量，在该旋涡流量计中，该旋涡产生体的与流体的流动正对的面的轮廓为鼓状。
2.根据权利要求1所述的旋涡流量计，其特征在于，上述旋涡产生体的与流体的流动正对的面的两缘部具有圆弧状、并对称地形成。
3.根据权利要求2所述的旋涡流量计，其特征在于，上述管路内的配置上述旋涡产生体的流路的截面具有圆形状、并对称地设置。
4.根据权利要求1至权利要求3中任1项所述的旋涡流量计，其特征在于，上述旋涡产生体通过切削加工或者注射成形而与上述管路一体地成形。
5.根据权利要求1至权利要求3中任1项所述的旋涡流量计，其特征在于，上述测定单元为，在上述旋涡产生体下游侧的上述管路的管壁上相对地配置超声波 发送器，根据规定周期的发送信号来发送超声波；和超声波接收器，接收从该超声波发送器 发送、且由在上述管路内产生的卡门旋涡进行调制的超声波。
6.根据权利要求4所述的旋涡流量计，其特征在于，上述测定单元为，在上述旋涡产生体下游侧的上述管路的管壁上相对地配置超声波 发送器，根据规定周期的发送信号来发送超声波；和超声波接收器，接收从该超声波发送器 发送、且由在上述管路内产生的卡门旋涡进行调制的超声波。
7.根据权利要求2或权利要求3所述的旋涡流量计，其特征在于，上述旋涡产生体的与流体的流动正对的面的最小宽度W，是该正对的面的两缘部的圆 弧的半径R的0. 8 1. 3倍，且该旋涡产生体的流体的流动方向的厚度T是该半径R的 1. 2 1. 5 倍。
8.根据权利要求6所述的旋涡流量计，其特征在于，上述旋涡产生体的与流体的流动正对的面的最小宽度W，是该正对的面的两缘部的圆 弧的半径R的0. 8 1. 3倍，且该旋涡产生体的流体的流动方向的厚度T是该半径R的 1. 2 1. 5 倍。
全文摘要
一种旋涡流量计，抑制流量测定时的噪音和压力损失，防止产生流体从管路漏泄，成形或加工容易、且组装容易。其特征在于，具备管路；旋涡产生体，与该管路正交地设置；以及测定单元，测定由该旋涡产生体产生的卡门旋涡的产生周期；根据由该测定单元测定的卡门旋涡的产生周期来计算在该管路内流动的流体的流量，在该旋涡流量计中，该旋涡产生体的与流体的流动正对的面的轮廓为鼓状。
文档编号G01F1/32GK101858761SQ20101011654
公开日2010年10月13日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月13日
发明者花田敏广 申请人:旭有机材工业株式会社